磁致伸缩液位传感器和磁翻板液位计相结合解决液位测量难题

根据笔者了解， 工业领域目前对于浓酸、浓碱液罐内的液位检测方法，主要使用超声波液位检测仪、磁翻板液位计、接触式防腐蚀液位等检测仪表，2014年8 月, 通过参观阳城电厂的液位仪表的使用情况, 对阳城电厂的酸碱罐液位检测装置有了深入的了解; 该厂现有大小 20 余个酸碱罐中酸碱液位的检测, 大都采用超声波液位计与磁翻板液位计相结合的方式。

超声波液位计属于非接触式测量方式，有着其本身的优点，超声波液位计对酸碱液位信息通过线路传输到计算机, 进行实时观测。但是据该厂技术人员介绍,超声波液位计有一个致命缺点, 就是安装在罐顶部的超声波探头很容易被酸雾或碱雾笼罩, 严重影响了测量准确度, 需要工作人员定时对超声波探头进行清洗。无形中增加了使用的人力成本，也降低了使用效率。磁翻板液位计没有数据的自动传输功能, 需要工作人员定时地去观察液位刻度。为了确保酸碱液位数据的可靠性, 该厂技术人员提出增加一套液位检测装置的要求, 并能实现数据的自动化远程传输。为此, 作者利用磁致伸缩传感器和磁翻板相结合的办法, 以求实现酸碱液位的非接触式测量, 并利用单片机和 GSM技术, 实现磁致伸缩液位信号的无线传输。完美地实现了液位数的测量与数据的传输。

1 磁致伸缩液位传感器和磁翻板液位计的测量原理

1.1 磁致伸缩液位传感器的工作原理
磁致伸缩线性液位传感器, 采用不导磁的不锈钢管(测杆)、磁致伸缩线(波导线)、可随液面或界面移动的浮球(内含磁环)和电子部件等组成(见图 1), 其工作原理是: 脉冲发生器产生电流脉冲, 经电子部件可转换成沿波导线(Waveguide)传播的波导脉冲( 起始脉冲); 其磁场与浮球内的磁环磁场矢量相加形成螺旋磁场, 产生瞬时扭力, 使波导线扭动并产生应力脉冲(Strainpulse)。这个脉冲以固定的速度沿波导线传回, 在电子部件的感应线圈两端产生感应电流脉冲 (终止脉冲)。通过测量起始脉冲与终止脉冲之间的时间周期, 并乘以这个固定的速度, 即可精确地确定被测对象的位移或液位。整个测量过程是连续不断的, 所以每当浮球(磁铁)被移动时, 新的位置很快就会被感测出来。

1.2 磁翻板液位传感器的工作原理

磁浮式翻板液位计属于浮力式液位计, 浮子是磁性的, 浮子随液位的变化而上升或下降, 见图 2。安装在浮子旁的翻板是薄导磁金属片 ( 有的是圆柱的) 制成的, 两面涂有不同的颜色。磁性浮子升降时带动翻板绕轴翻转, 浮子以上的翻板是一种颜色(如白色), 浮子以下的翻板为另一种颜色( 如红色) , 通过观察外面的颜色可知道液位的高低

2 磁致伸缩- 磁组合一体化翻板液位测量装置的设计
2.1 磁致伸缩- 磁翻板共用磁浮子的实验
为了避免磁致伸缩液位传感器与强酸强碱的接触, 我们把磁致伸缩传感器与磁翻板液位计相结合,采取磁翻板液位计和磁致伸缩传感器共用一个磁浮子的设计思路。我们把磁翻板中的磁浮子和磁致伸缩
杆上的磁环磁场进行了测量。磁翻板中的磁浮子用的是一个水平放置的铁氧体磁铁圆片, 其磁场见图 3,强磁场位置在圆片中心位置, 约 150 T; 紧绕圆片周边的磁场强度约 80 T, 沿径向磁场依次减小。磁致伸缩传感器的感应杆上一般设置浮动铁氧体磁环作为磁浮子, 其磁场见图 4, 磁环中心位置的磁场强,约 60 T。为把磁致伸缩杆上的磁环去掉, 采用磁翻板的磁浮子周边磁场来代替磁环的磁场; 即把磁致伸缩杆垂直竖立在磁翻板旁边, 形成磁致伸缩- 磁翻板一体化液位测量装置, 其实验装置图见图 5。当磁翻板的液体管中的液面上下变化时, 磁浮子上下浮动, 磁翻板的小圆柱状磁棍翻转, 颜色发生变化, 利用旁边的刻度尺可以观察罐中的液位变化。同时, 磁致伸缩杆也由于磁浮子的上下浮动而产生脉冲信号, 感应为位移的变化, 从而检测了管中液面的变化。

2.2 磁致伸缩- 磁翻板组合检测装置的强酸强碱罐液位检测系统
如图 6 所示, 由于旧式的磁翻板液位计都没有数据自动记录和存储功能, 我们把磁致伸缩杆安装在磁翻板旁边位置即可进行液位测量。把磁致伸缩产生的标准液位信号通过单片机进行测量, 存储。并设定为实时测量模式, 测量频率可根据现场需要设定为每分钟1 次。为了实现工作人员随时了解液位情况, 并减少线路布线, 本系统采用了基于单片机与 GSM( 移动短消息传输)的数据无线传送方式。工作时, 工作人员的手机号码被设定为 GSM短消息传输号, 工作人员只需向GSM发送调用指令, GSM便可把液位数据以短消息的形式发送到工作人员的手机上。

 

3 实验与结论
我们把图 5 所示的一体化检测装置进行了水位检测实验, 其检测结果与实际水位值见表 1。表 1 中实际水位值是精度为 1 mm 的直尺测量值, 磁致伸缩传感器测量值是通过单片机测控仪读取的数值, 磁翻板测量值是通过对液位柱显示的值人工读取的。可以看出, 磁致伸缩传感器的液位读取精度在1%, 且准确度高; 磁翻板的测量精度为 1 cm, 但测量结果与实际值都吻合。我们通过单片机控制把磁致伸缩传感器测量值进行无线远传, 实现了酸碱罐液位的实时监测。因而, 磁致伸缩- 磁翻板一体化组合装置对酸碱罐液位的检测是可行的。

 

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